CN117193457A - 快速标定多通道dc-dc可调恒流源及其输出电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供快速标定多通道DC‑DC可调恒流源及其输出电流的方法，包括多通道恒流源模块、多路负载接口、多路电流传感器模块、单片机系统模块、供电模块和通讯模块，所述多通道恒流源模块分别与多路负载接口、供电模块及通讯模块连接，多路负载接口分别连接负载及多路电流传感器模块，所述多路电流传感器模块分别连接供电模块及单片机系统模块，所述单片机系统模块与供电模块及通讯模块连接。本发明通过单片机串口通讯和电流传感器进行标定，提高了标定效率，降低了设备成本。

Description

快速标定多通道DC-DC可调恒流源及其输出电流的方法

技术领域

本发明属于恒流源控制领域，特别涉及快速标定多通道DC-DC可调恒流源及其输出电流的方法。

背景技术

在DC-DC可调恒流源的制造过程中因采样电阻、脉宽调制芯片等电子器件之间的差异，会导致相同的电路在输出时会有差异。由于UV_LED光源中，发光芯片对电流具有较高的敏感性，当发光芯片通过的电流差异大时，会导致发光功率不一致，最终会影响到曝光台面的均匀性。因此对多通道恒流源输出电流一致性具有较高的要求。

目前市面上的多通道电源、通道数一般小于4路，较多采用电位器调整的方式。其余数字型可调电源一般采用与万用表进行核对的方式进行标定。此方案在输出通道较少时比较便捷，准确度相对更高，但是对于输出通道较多时，比如16、24个通道，使用万用表进行标定时，会带来设备成本增加（需要较多台万用表）、占用时间较长、需要人力进行参数的比对等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供快速标定多通道DC-DC可调恒流源及其输出电流的方法，用以通过单片机串口通讯和电流传感器进行标定，提高了标定效率，降低了设备成本。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供快速标定多通道DC-DC可调恒流源，包括多通道恒流源模块、多路负载接口、多路电流传感器模块、单片机系统模块、供电模块和通讯模块，所述多通道恒流源模块分别与多路负载接口、供电模块及通讯模块连接，多路负载接口分别连接负载及多路电流传感器模块，所述多路电流传感器模块分别连接供电模块及单片机系统模块，所述单片机系统模块与供电模块及通讯模块连接。

优选的，还包括显示模块，所述显示模块与单片机系统模块连接。

优选的，所述多通道恒流源模块包括多通道模数转换芯片、多通道数模转换芯片及多个DC-DC恒流模块；所述多通道模数转换芯片，用以采集多个DC-DC 恒流模块的输出电流反馈信号及电压反馈信号；所述多通道数模转换芯片，用以根据单片机系统模块传入的数据送出相应的电压信号；所述DC-DC恒流模块，用以根据多通道数模转换芯片输入的电压输出相应的电流。

优选的，所述多通道模数转换芯片为24通道模数转换芯片，所述多通道数模转换芯片为24通道数模转换芯片，多个DC-DC恒流模块为24个DC-DC恒流模块。

快速标定多通道DC-DC可调恒流源输出电流的方法，包括如下步骤：

步骤S1，接收到PC端发送的开始命令，多通道恒流源模块开启输出；

步骤S2，当输出的DA值等于50时，执行步骤S3；

步骤S3，单片机系统模块内部MCU开始发送DA值；

步骤S4，MCU发送查询电流命令，多路电流传感器模块接收到查询电流命令后开始检测电流信号，单片机根据采集到电流信号计算出相应的电流值，并将计算得到的电流值回送MCU；

步骤S5，MCU记录电流值与DA值；

步骤S6，当DA值到达设定的最高值时，标定数据完成，MCU依据电流值与DA值计算所有通道线性系数并保存；

步骤S7，当DA值未到达设定的最高值时，将DA值增加50，执行步骤S3；

步骤S8，当接收到PC端发送的输出电流命令时，调取保存的所有通道线性系数，并计算对应的DA值，然后发送计算得到的DA值，同时输出电流。

本发明的有益效果为：

本发明路采用多路电流传感器模块、单片机系统模块及通讯模块，构成电流检测部分，单片机系统模块及通讯模块负责多通道恒流源模块与外部数据交换，取代了现有技术中需多台具有通讯功能的万用表进行电流检测，本发明具有=体积小、速度快、易扩展的优点，本发明通过单片机串口通讯和电流传感器进行标定，提高了标定效率，降低了设备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明快速标定多通道DC-DC可调恒流源的原理框图；

图2为本发明多通道恒流源模块的原理框图；

图3为本发明电流传感器检测模块原理图；

图4为本发明单片机系统模块的通道选择及信号放大电路的电路图；

图5为本发明多通道数模转换芯片的数模转换电路；

图6为本发明快速标定多通道DC-DC可调恒流源输出电流的方法的标定流程图；

图7为本发明快速标定多通道DC-DC可调恒流源输出电流的方法的系数调用流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供快速标定多通道DC-DC可调恒流源，包括多通道恒流源模块、多路负载接口、多路电流传感器模块、显示模块、单片机系统模块、供电模块和通讯模块，多通道恒流源模块分别与多路负载接口、供电模块及通讯模块连接，多路负载接口分别连接负载及多路电流传感器模块，多路电流传感器模块分别连接供电模块及单片机系统模块，单片机系统模块与供电模块及通讯模块连接。显示模块与单片机系统模块连接。

如图2所示，多所述多通道恒流源模块包括多通道模数转换芯片、多通道数模转换芯片及多个DC-DC恒流模块；多通道模数转换芯片，用以采集多个DC-DC 恒流模块的输出电流反馈信号及电压反馈信号；多通道数模转换芯片，用以根据单片机系统模块传入的数据送出相应的电压信号；DC-DC恒流模块，用以根据多通道数模转换芯片输入的电压输出相应的电流。图5所示为数模转换电路的电路图。

图1为整个系统结构框图，其中PC模块为计算机、PLC等上位机，为系统的主机，主机通过RS485通讯模块与MCU之间建立通讯链路，通讯采用modbusRtu通讯协议，供电模块为明纬24v开关电源，为系统提供直流供电，显示模块采用3寸12864液晶显示屏，显示系统的实时工作状态，并配有按键，可以完成本地操控。负载模块为24路高能UVLED,负载模块和控制系统之间采用20P*AWG16导线相连，负载模块中还有温度采集NTC电阻，感知LED模块温度。

在一个实施例中，多通道模数转换芯片为24通道模数转换芯片（24路模数转换模块），多通道数模转换芯片为24通道数模转换芯片（24路数模转换模块），多个DC-DC恒流模块为24个DC-DC恒流模块。

图2为系统内部结构框图。供电模块主要功能是把输入的24V直流电源变换成+5V，+12V，+3.3V直流电源，通讯模块完成RS485和TTL之间的电平转换；单片机模块根据上位机命令，控制恒流源模块的工作状态，实时采集恒流源模块的工作电流、温度、报警等工作状态，并以通讯方式传送给上位机。24路数模转换模块，根据单片机的DA值，送出不同的控制电压，该电压控制24路恒流源模块，输出对应的电流；24路模数转换模块实时监测各恒流源模块的实际电流，转换成对应的数值，送给单片机模块。输出接口提供恒流源模块的负载通路。

如图3所示，MAX4080SASA是一款霍尔电流传感器芯片，其能将RS+与RS-之间的压差放大60倍后输出。即输出：CH_AMP1=60*I*0.01R。CH_AMP1:输出电压，单位:V；I:流过采样电阻的电流，单位：A；0.01R:采样电阻的阻值。

如4所示，因单片机上AD采样通道有限，所以选用3片ADG508(8选1模拟开关)，将24路输入信号接入同一单片机AD引脚。使用一片单片机完成24通道电流采样的输入。

本实施例提供快速标定多通道DC-DC可调恒流源输出电流的方法，包括如下步骤：

步骤S1，接收到PC端发送的开始命令，多通道恒流源模块开启输出；

步骤S2，当输出的DA值等于50时，执行步骤S3；

步骤S3，单片机系统模块内部MCU开始发送DA值；

步骤S4，MCU发送查询电流命令，多路电流传感器模块接收到查询电流命令后开始检测电流信号，单片机根据采集到电流信号计算出相应的电流值，并将计算得到的电流值回送MCU；

步骤S5，MCU记录电流值与DA值；

步骤S6，当DA值到达设定的最高值时，标定数据完成，MCU依据电流值与DA值计算所有通道线性系数并保存；

步骤S7，当DA值未到达设定的最高值时，将DA值增加50，执行步骤S3；

步骤S8，当接收到PC端发送的输出电流命令时，调取保存的所有通道线性系数，并计算对应的DA值，然后发送计算得到的DA值，同时输出电流。

本实施例中，MCU发送DA值给恒流源模块，恒流源模块就会根据该DA值输出对应的电流，MCU通过多路电流传感器模块的模数转换，查询该电流值的大小。

本发明采用DA值与电流数据计算出相对系数关系，完成了0到最高电流的全段线性可调输出。MCU使用了最小二乘法对数据进行拟合，计算出DA值与电流数据相对应系数关系。最小二乘法作为一种数学中的优化方法，可以通过已有数据来预测未知数据，找到一组与实际值尽可能相似的估计值。其核心思想是通过最小化误差平方和来找到最可能的函数方程。例如将采集到的7个数据点（DA值与电流值）列在一个二维坐标系中(10、23)、(20、54)、(30、88)、(40、120)、(50、165)、(60、200)、(70、240)。相要找到一条距该7个点距离最近的一条直线。根据Y=aX+b将7个点分别带入可以得到下面7个方程：

1： 23=10a+b;

2： 54=20a+b;

3： 88=30a+b;

4： 120=40a+b;

5： 165=50a+b;

6： 200=60a+b;

7： 240=70a+b;

因为最小二乘法是尽可能使得等号两边的方差值最小，所以对S(a,b)求偏导数并使得一阶倒数的值为0来求的最小值。通过计算上述二元一次方法即得到a=3.6429，b=-18.571。因此，在上述7个点中，得到的距离最小的直线方程为Y=3.6429X-18.571。当使用未知的电流数据时，可以将电流值带入上述方程来计算出对应的DA值。例：设定输出电流为75时对应的DA值为255(取整后)。

以上给出了具体的实施方式,但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案,对本领域普通技术人员而言,根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.快速标定多通道DC-DC可调恒流源，其特征在于：包括多通道恒流源模块、多路负载接口、多路电流传感器模块、单片机系统模块、供电模块和通讯模块，所述多通道恒流源模块分别与多路负载接口、供电模块及通讯模块连接，多路负载接口分别连接负载及多路电流传感器模块，所述多路电流传感器模块分别连接供电模块及单片机系统模块，所述单片机系统模块与供电模块及通讯模块连接。

2.根据权利要求1所述的快速标定多通道DC-DC可调恒流源，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块与单片机系统模块连接。

3.根据权利要求1或2所述的快速标定多通道DC-DC可调恒流源，其特征在于：所述多通道恒流源模块包括多通道模数转换芯片、多通道数模转换芯片及多个DC-DC恒流模块；所述多通道模数转换芯片，用以采集多个DC-DC 恒流模块的输出电流反馈信号及电压反馈信号；所述多通道数模转换芯片，用以根据单片机系统模块传入的数据送出相应的电压信号；所述DC-DC恒流模块，用以根据多通道数模转换芯片输入的电压输出相应的电流。

4.根据权利要求3所述的快速标定多通道DC-DC可调恒流源，其特征在于：所述多通道模数转换芯片为24通道模数转换芯片，所述多通道数模转换芯片为24通道数模转换芯片，多个DC-DC恒流模块为24个DC-DC恒流模块。

5.根据权利要求1所述的快速标定多通道DC-DC可调恒流源输出电流的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1，接收到PC端发送的开始命令，多通道恒流源模块开启输出；

步骤S2，设定起始输出的DA值等于50，执行步骤S3；

步骤S3，单片机系统模块内部MCU开始向多通道恒流源模块发送DA值；

步骤S4，MCU发送查询电流命令，多路电流传感器模块接收到查询电流命令后开始检测电流信号，单片机根据采集到电流信号计算出相应的电流值，并将计算得到的电流值回送MCU；

步骤S5，MCU记录电流值与步骤S3发送的DA值；

步骤S6，当DA值到达设定的最高值时，标定数据完成，MCU依据所有电流值与对应DA值计算各通道线性系数并保存；

步骤S7，当DA值未到达设定的最高值时，将DA值增加50，执行步骤S3；

步骤S8，当接收到PC端发送的输出电流命令时，调取保存的所有通道线性系数，并计算对应的DA值，然后发送计算得到的DA值，同时输出电流。